7 Zusammenfassung und Ausblick

 Die industrielle und technologische Relevanz von Legierungen des Materialsystems GaInAs, das in modernen elektronischen und optischen Heterostrukturbauelementen auf GaAs oder InP Substrat eine herausragende Stellung einnimmt, war Triebfeder der Untersuchungen der vorliegenden Arbeit. Ausgehend von einer kritischen Betrachtung der in der Literatur vorhandenen Basisdaten und Modelle zur Beschreibung der elektronischen Struktur, lag das Hauptaugenmerk auf der Untersuchung des Elektronentransports in GaInAs, das für die Charakteristik moderner HFET wichtig ist. Die Berücksichtigung der mechanischen Verspannung des Halbleitermaterials, die bei der Heteroepitaxie von gitterfehlangepaßten Schichten auftritt, stellt dabei den Schwerpunkt dar. Das Ziel war es, analytische Modelle zu entwickeln, wie sie in der numerischen Bauelementsimulation benötigt werden, nämlich die Physik mit minimalem numerischen Aufwand bestmöglich widerzuspiegeln.

Systematische Untersuchungen der Abhängigkeit der Materialgrößen von Zusammensetzung, Temperatur, Dotierung und Verspannung bilden die Basis für die Analyse der Elektronentransportcharakteristik. Aufgrund der Beschränkungen analytischer Ansätze wurde als numerisches Verfahren zur Lösungen der Boltzmanngleichung die Monte Carlo Transportsimulation verwendet, um Werte für die Elektronenbeweglichkeiten zu gewinnen. Diese Methode hat sich nicht nur als geeignetes Mittel erwiesen, vorhandene Lücken im experimentellen Datenbestand zu schließen, sondern als wertvolles Werkzeug zum Zweck des detailierten Studiums komplexer, experimentell nur aufwendig zugänglicher Abhängigkeiten.

Im Zuge der Monte Carlo Analyse zeigten sich Probleme insbesonders bei der Untersuchung der Niederfeldbeweglichkeit unter hochentarteten Bedingungen. Die Schwächen des klassischen Brooks-Herring Modells zur Beschreibung der Streuung an ionisierten Störstellen führten zu drastischer Überschätzung der Beweglichkeit von Majoritätselektronen. Verbesserungen wie die neuartige Berücksichtigung der Ladunsverteilung der ionisierten Dopanden wurden dazu verwendet, die Abhängigkeit der Beweglichkeit von der chemischen Spezies der Dopanden zu studieren. Es ergab sich eine nicht zu vernachlässigende Abhängigkeit für hochdotiertes n-Material, wobei die Beweglichkeit mit steigender Ordnungszahl der Dopanden sinkt.

Die Modifikation der Bandstruktur unter mechanischer Deformation bewirkt Änderungen im Transportverhalten der Ladungsträger in mehrfacher Hinsicht:

• Die Niederfeldbeweglichkeit wird für tensile Belastung größer, für Kompression kleiner als im unverspannten Fall. Außerdem tritt Anisotropie zwischen Parallel- und Vertikaltransport zur Grenzfläche auf, die mit zunehmender Verspannung steigt. Dies wird von der Richtungsabhängigkeit des effektiven Masse Tensors des ansonsten isotropen direkten Bandminimums verursacht.

• Dramatischer sind die Auswirkungen im Hochfeldbereich. Aufgrund der teilweisen Aufhebung der Energieentartung der höheren Minima im Leitungsband wird der Zwischentaltransfer modifiziert, was sich in einer Verschlechterung der Driftgeschwindigkeit sowohl für tensile als auch kompressive Belastung äußert. Anisotropie nimmt, wie im Niederfeldbereich, mit der Verspannung und außerdem mit der elektrischen Feldstärke zu.

• Groß sind auch die Auswirkungen der Verspannung auf die Banddiskontinuitäten an Heterogrenzflächen, wie der große Variationsbereich der Experimente zeigt. Jüngere theoretische Untersuchungen erlauben zwar ein besseres Verständnis der Ursachen dieses Effekts, quantitativ richtige Vorhersagen scheitern aber an der ungeklärten Abhängigkeit der atomaren Koordination an der Materialgrenze von den mikroskopischen Wachstumsbedingungen. Die Modellierung des Verspannungseinflusses auf die Banddiskontinuitäten an Heterogrenzflächen bleibt also nach wie vor in wesentlichen Punkten mangelhaft.

Abschließend kann gesagt werden, daß versucht wurde, manche vor allem in der Modellierung des Einflusses von mechanischer Verspannung auf die Elektronentransporteigenschaften gelegene Lücke in der Modellierung zu schließen. Der Autor hofft an dieser Stelle, daß die vorliegende Arbeit nicht nur in dieser Hinsicht hilfreich ist, sondern auch für die Untersuchung neuer interessanter Materialien, wie es gegenwärtig Nitrid-Verbindungshalbleiter darstellen, wertvolle Hinweise geben kann.